JP4085973B2 - ヒートシンク固定用クリップ - Google Patents

Description

本発明は、半導体ユニット等の電子部品の冷却に用いるヒートシンク等の冷却装置の固定用クリップに関し、特に、発熱素子へのヒートシンクの着脱が容易なヒートシンク固定用クリップに関する。

近年、半導体装置の発展により、高性能化が進む一方で、半導体装置からの発熱が問題になってきている。従来、半導体装置からの発熱は、ヒートシンクにより放熱される。ヒートシンクは、その放熱効果を最大に発揮するため、その底面が発熱体に密着するように固定されなければならない。ヒートシンクや半導体は、性能に応じて取り替えできるのが一般的である。

ヒートシンクを固定する方法として、プリント基板に固定された半導体ユニット自体あるいは半導体ユニットをプリント基板に固定するためのソケットの一端に１本の弾性を有する弓形クリップの一端を引っ掛け、ヒートシンクの中央をその弓形のクリップの弾性で押圧し、弓形クリップの他端を前記の基板またはソケットの他端に固定する方法が知られている（例えば、特許文献１〜４参照。）。また、ヒートシンクの両側を弓形クリップで固定する方法が知られている（特許文献５）。
米国特許第６１１８６６１号明細書（Ｆｉｇ．１） 米国特許第６１１１７５２号明細書（Ｆｉｇ．３） 米国特許第６１０８２０７号明細書（Ｆｉｇ．１） 米国特許第６４００５７２号明細書（Ｆｉｇ．２） 台湾特許第４８３６５７号公報（第３図）

しかし、近年の半導体装置の発展は、特許文献１〜５によると、弾性力に抗して手動によって弓形クリップを変形させて固定と圧縮を同時に行っているため、変形できる弓形クリップの弾性力に限界が生じることから、圧縮力、すなわち、発熱体とヒートシンクの密着力に限界があった。また、基板に搭載されている半導体装置やヒートシンクを新たなものに取り替える場合にも、同様に手動により弓形クリップの解除と圧縮を行う必要があるため、発熱体にヒートシンクを着脱するのが面倒である。

従って、本発明の目的は、発熱素子へのヒートシンクの着脱が容易なヒートシンク固定用クリップを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、冷却される発熱体を搭載した基板と、前記発熱体上に載置され、上面にバネ係止面を有するヒートシンクと、前記基板に固定され、前記発熱体および前記ヒートシンクを包囲するソケットと、前記ヒートシンクの前記バネ係止面を貫通する垂直線上の第１および第２の位置の間で変位する押圧弾性部材を有し、前記ソケットと係止して前記押圧弾性部材を前記ヒートシンクの前記バネ係止面上に位置させるクリップと、低所部から高所部に高さが変化するように形成されるカム面を有するカム機構によって前記垂直線と平行な垂直線に沿って変位して前記押圧弾性部材を上下動させる軸部を有し、前記クリップに取り付けられて前記押圧弾性部材を前記第１および第２の位置の間で変位させる操作部材を備え、前記操作部材の前記バネ係止面の法線方向を軸とした回転によって前記押圧弾性部材を前記第１の位置から前記第２の位置へ変化させることによって前記押圧弾性部材を前記ヒートシンクの前記バネ係止面に押圧させ、これによって前記発熱体と前記ヒートシンクを密着させることを特徴とするヒートシンク固定用クリップを提供する。

前記操作部材は、前記カム機構を作動させるツマミであり、前記ツマミが前記押圧弾性部材を前記第２の位置に変位させたとき、ストッパによって係止されることが好ましい。

前記発熱体は、半導体であることが好ましい。

前記ヒートシンクは、冷却液を通過させる空洞と、前記空洞へ冷却液を供給する入口と、前記空洞から冷却液を排出する出口を有することが好ましい。

本発明のヒートシンク固定用クリップによれば、第１および第２の位置の間で変位する押圧弾性部材によりヒートトシンクを押圧するため、ヒートシンクへの押圧および押圧の解除が容易となるので、ヒートシンクの着脱が容易となる。

本発明のヒートシンク固定用クリップによれば、カム機構によって垂直線に沿って変位して押圧弾性部材を第１および第２の位置の間で変位させる押圧部材を有するため、ヒートシンクへの押圧が確実となり、半導体ユニットの放熱面とヒートシンクが均等に接することができるので、放熱効率が低下しない。

本発明のヒートシンク固定用クリップによれば、ツマミの動きがストッパにより制限されるため、ヒートシンクへの押圧および押圧の解除を確実に行うことができる。

本発明のヒートシンク固定用クリップによれば、発熱体が半導体装置であるため、ヒートシンクを取り付けることにより効果的に半導体装置からの発熱を冷却することができる。

本発明のヒートシンク固定用クリップによれば、液冷式のヒートシンクに適用することができるため、発熱体からの発熱を効果的に冷却することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るヒートシンク固定用クリップを適用した半導体装置冷却ユニットを示し、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図をそれぞれ示す。

この半導体装置冷却ユニット１の構成を説明する。この半導体装置冷却ユニット１は、基板５に取り付けられたヒートシンク固定用ソケット２と、ヒートシンク固定用ソケット２と組み合わされ、ヒートシンク４を固定するヒートシンク固定用クリップ３とからなる。ヒートシンク固定用ソケット２とヒートシンク固定用クリップ３とは、ヒートシンク固定用ソケット２に形成された係止穴２１にヒートシンク固定用クリップ３に形成された係止爪３１と嵌合することにより組み合わされる。

ヒートシンク４は、液冷式のヒートシンクであり、例えば、冷却液として水を使用する。冷却液は、冷却液入口４ａからヒートシンク内部に充填され、暖められた冷却水は冷却液出口４ｂから排出される。

図３は、本発明の実施の形態に係るヒートシンク固定用クリップを示す。このヒートシンク固定用クリップ３は、合成樹脂で作られ、ヒートシンク固定用ソケット２の係止穴２１と係止する係止爪３１と、半導体装置６の放熱面６ａに取り付けられたヒートシンク４のバネ係止面を弾性力で押圧する押圧弾性部材である押圧部３２と、押圧部３２を先端に取り付けて押圧部３２を上下動させる操作軸である軸部３３と、軸部３３に回転力を与えるツマミ３４と、ツマミ３４の回転方向に対して反転方向の動きを制限するストッパ３５とを備える。

係止爪３１は、先端を先細に形成し、段部３１ａが形成されている。係止爪３１は、他の部分と同様に、合成樹脂でできているため、押動可能である。

押圧部３２は、例えば、板ばねにより形成され、軸部３３を中心に両側に伸びた板バネのそれぞれの端部（２個）でヒートシンク４のバネ係止面を押圧するように構成されている。押圧部３２は、軸部３３の先端に取付ネジ３６により取り付けられ、軸部３３の回動に連動しないようになっている。押圧部３２は、取付けネジ３６より下方に押圧部３２が存在するもので、それにより弾性力を付与されている。

軸部３３は、ツマミ３４と連動し、ヒートシンク固定用クリップ３のカム部３７のカム面３７ａ上を摺動するロック爪３８とを備える。

ストッパ３５は、ヒートシンク固定用クリップ３の上面に一部を切り欠いて弾性を付与したもので、ツマミ３４を回して押圧部３２を下げたときに、ツマミ３４が元に戻らないようにするものである。ストッパ３５は、斜面部３５ａと係止部３５ｂとを有し、斜面部３５ａは、ツマミ３４を回動したときに指掛け部３４ａを斜面部３５ａに抗して乗り越え、斜面部３５ａと係止部３５ｂとの間に指掛け部３４ａを係止する。

図４は、ヒートシンク固定用ソケットを示す。このヒートシンク固定用ソケット２は、合成樹脂で作られ、基板５に搭載された半導体装置６を露出する穴部２４の周囲に形成された底部２３と、底部２３に設けられ、基板５に形成された取付穴５１に挿入される脚部２２と、底部２２から立ち上がる側壁２５に設けられた複数の係止穴２１とを備える。

半導体装置冷却ユニット１の組立て方法を説明する。まず、基板５にヒートシンク固定用ソケット２を取り付ける。すなわち、基板５にあけられた取付穴５１と脚部２２を係合し、接着剤等により固定する。ヒートシンク固定用ソケット２の穴部２４から半導体装置６および半導体装置６の放熱面６ａ上に載置されたヒートシンク４が見える状態とする。

次に、ヒートシンク固定用クリップ３のツマミ３４を回して押圧部３２を上方に位置させた状態でヒートシンク固定用クリップ３を下ろす。このとき、係止爪３１は、窄められながら側壁２５を下ろされ、係止穴２１に係止爪３１の段部３１ａが入ると、ヒートシンク固定用ソケット２とヒートシンク固定用クリップ３とが係止することとなる。

次にヒートシンク４の下面を半導体装置６の放熱面６ａに密着させる方法について説明する。ヒートシンク固定用ソケット２とヒートシンク固定用クリップ３とが係止した状態でツマミ３４，３４を回動し、カム面３７ａに沿って押圧部３２，３２を下げ、ツマミ３４の下面がヒートシンク固定用クリップ３の上面３ａに接するまでツマミ３４を角度θ（１３５°）だけ回動する。押圧部３２，３２は、ヒートシンク４のバネ係止面を下方に押し下げてヒートシンク４の下面４ａと半導体装置６の放熱面６ａと密着させる。

図５は、この半導体装置冷却ユニット１を解除する場合について説明する。まず、ツマミ３４，３４をストッパ３５に反して押し下げて係止を解き、ツマミ３４の方向が係止状態の上下方向から反時計回りに角度ω（１３５°）回動する。このとき、押圧部３２，３２が上昇し、押圧部３２，３２のヒートシンクを押す力が弱くなる。押圧部３２，３２がヒートシンク４を押圧する力が弱くなれば、係止穴２１，２１と係止している係止爪３１，３１を押圧し、係止爪３１，３１の段部３１ａ，３１ａを係止穴２１，２１から外し、次に、ヒートシンク固定用クリップ３を上方に引上げる。その後、ヒートシンク４を取り替え、半導体装置６を取り替える。

図６は、軸部３３が上下に動くことができることを説明する図である。ヒートシンク固定用クリップ３の上面３ａに形成された操作部用穴３９にカム部３７が設けられる。カム部３７は、カム面３７ａ，３７ｂの高さが、低所部４０ａ，４１ａから高所部４０ｂ，４１ｂと変化するように形成されている。カム面３７ａは、ロック爪３８が上方に押圧されている。これは、押圧部３２によりヒートシンク４を常に押圧しているためである。ロック爪３８がカム面３７ａの低所部４０ａにあるときと軸部３３を回転した後に高所部４０ｂにあるときでは、図のようにロック爪３８の位置が異なる。したがって、ロック爪３８がカム面３７ａの低所部４０ａにあるときは、押圧部３２によるヒートシンク４への押圧は、弱い状態であるが、ロック爪３８がカム面３７ａの高所部４０ｂにあるときは、図６（ｂ）に示すように、軸部３３が下がり、押圧部３２によるヒートシンク４への押圧は、強い状態となる。

この実施の形態によれば、ヒートシンク固定用ソケット２とヒートシンク固定用クリップ３とが係止した状態でツマミ３４，３４を回動し、押圧部３２，３２を押し下げるため、ヒートシンク４の下面４ａと半導体装置６の放熱面６ａとが各係止爪３１の位置に対応する４つのコーナー個所からバランスよく押圧力を受けて、均等に接することができ、放熱効率が低下することがない。また、ヒートシンク固定用ソケット２とヒートシンク固定用クリップ３との係止が、爪によるため、そのヒートシンクや半導体装置の取り替えが容易となる。

ヒートシンク固定用ソケットおよびヒートシンク固定用クリップは、合成樹脂で製作するものとして説明したが、金属で製作してもよい。また、本実施の形態では、カム面上を１３５°回動することにより、ヒートシンクを押圧することとしたが、この角度を大きくすることで、より弱い力で大きな押圧力を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るヒートシンク固定用クリップを適用した半導体装置冷却ユニットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態に係るヒートシンク固定用クリップを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 半導体装置冷却ユニットを構成するヒートシンク固定用ソケットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置冷却ユニットを解除する場合についての説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の軸部の動きの説明図であり、（ａ）はカム面を示す図、（ｂ）は軸部の動きを示す図である。

符号の説明

１ 半導体装置冷却ユニット
２ ヒートシンク固定用ソケット
３ ヒートシンク固定用クリップ
３ａ 上面
４ ヒートシンク
４ａ 下面
５ 基板
６ 半導体装置
６ａ 放熱面
２１ 係止穴
２２ 脚部
２３ 底部
２４ 穴部
２５ 側壁
３１ 係止爪
３１ａ 段部
３２ 押圧部
３３ 軸部
３４ ツマミ
３５ ストッパ
３６ 取付ネジ
３７ カム部
３７ａ，３７ｂ カム面
３８ ロック爪
３９ 操作部用穴
４０ａ，４１ａ 低所部
４０ｂ，４１ｂ 高所部
５１ 取付穴

Claims (4)

1. 冷却される発熱体を搭載した基板と、
   前記発熱体上に載置され、上面にバネ係止面を有するヒートシンクと、
   前記基板に固定され、前記発熱体および前記ヒートシンクを包囲するソケットと、
   前記ヒートシンクの前記バネ係止面を貫通する垂直線上の第１および第２の位置の間で変位する押圧弾性部材を有し、前記ソケットと係止して前記押圧弾性部材を前記ヒートシンクの前記バネ係止面上に位置させるクリップと、
   低所部から高所部に高さが変化するように形成されるカム面を有するカム機構によって前記垂直線と平行な垂直線に沿って変位して前記押圧弾性部材を上下動させる軸部を有し、前記クリップに取り付けられて前記押圧弾性部材を前記第１および第２の位置の間で変位させる操作部材を備え、
   前記操作部材の前記バネ係止面の法線方向を軸とした回転によって前記押圧弾性部材を前記第１の位置から前記第２の位置へ変化させることによって前記押圧弾性部材を前記ヒートシンクの前記バネ係止面に押圧させ、これによって前記発熱体と前記ヒートシンクを密着させることを特徴とするヒートシンク固定用クリップ。
2. 前記操作部材は、前記カム機構を作動させるツマミであり、前記ツマミが前記押圧弾性部材を前記第２の位置に変位させたとき、ストッパによって係止されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク固定用クリップ。
3. 前記発熱体は、半導体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンク固定用クリップ。
4. 前記ヒートシンクは、冷却液を通過させる空洞と、前記空洞へ冷却液を供給する入口と、前記空洞から冷却液を排出する出口を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートシンク固定用クリップ。

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